一种磁共振大脑血氧水平测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种磁共振大脑血氧水平测量方法，所述测量方法包含：获得大脑组织的幅值图和相位图；将所述幅值图标准化处理为噪声SD图，根据所述噪声SD图的线性拟合，获得标准化图Ic；通过对所述相位图进行解卷绕，获得标准场图；通过将所述标准场图与所述标准化图Ic带入正则化约束法中，获得去掉背景场的磁敏感度矩阵；根据所述磁敏感度矩阵，获得静脉氧饱和值与氧代谢参数。以此，去除空气组织产生的磁场相位变化，从而更好的恢复组织的磁敏感度值，从而得到静脉血氧饱和Yv和静脉血中血红蛋白的残余饱和，也即氧摄取分数OEF。
【专利说明】一种磁共振大脑血氧水平测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磁共振图像处理领域，尤指一种磁共振大脑血氧水平测量方法。
【背景技术】
[0002] 氧饱和度是指血红蛋白与氧结合达到饱和程度的百分数，它是测量血氧水平的一 个很重要的参数，动脉氧饱和度（Ya)正常值为97%，静脉氧饱和值一般为50% -75%，在 此，主要以测量静脉氧饱和值。静脉氧分数Yv与血氧水平依赖（BOLD)的功能磁共振成像 (fMRI)信号有着直接的关系，众所周知，BOLD fMRI信号与血氧、血流以及大脑的氧消耗都 有着很复杂的关系，因此评价测量Yv能够更好的理解BOLD信号机制，而且还可以用于评 价其他生理参数如氧摄取分数（oxygen extraction fraction :0EF)和大脑的氧代谢率 (cerebral metabolic rate of oxygen :CMR02)。这些参数对一些早期疾病的诊断，后期治 愈后的检测等起着很重要的作用。现有正电子放射断层造影术（PET)，虽然该方法是目前最 能准确的测量OEF (氧射取分数），静脉氧饱和（Yv)，大脑的氧代谢率等参数的方法，但是由 于使用放射性物质，同时在操作过程中，可能产生多次注射、实验准备等复杂工序，而且还 需要特殊装备以及相应昂贵的实验试剂，往往会对实验者心理以及健康产生进一步的影响 而不能作为常规例行的检查，如术后反复检查，非急性病人检查等。
[0003] 现有的PET技术是通过内颈注射170 (对于磁共振测量）标记的氧气或者是动静脉 氧的差来测量0EF，静脉氧饱和等。该方法是继CT技术出现以来的又一种脑功能成像断层 技术，由于注射的是一种放射性核素，对人体会产生不良影响以及辐射等其他危害。还有另 外一个种近红外光谱法（Near infrared spectroscopy :NIRS)，NIRS根据静脉血中的含氧 和去氧血红蛋白吸收不同波长的近红外光来得到它们的值，从而也可以进一步的测得它们 的相对浓度来测量0EF，但是该方法会产生来自颅骨、脑脊液、髓鞘、环境光以及颅外组织排 水等的不良反应。针对此，我们需要寻找出一种无侵入，无辐射，无需任何外源性物质的测 量方法来测量。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明目的在于提供一种无侵入，无辐射，无需任何外源性物质 的测量方法来测量大脑中的静脉氧饱和值与氧代谢参数。
[0005] 为达上述目的。本发明是基于定量的磁敏感度成像技术测量脑中的静脉氧饱和值 与氧代谢参数，该测量方法具体如下：
[0006] 本发明提供一种磁共振大脑血氧水平测量方法，该测量方法包含：获得大脑组织 的幅值图和相位图；将所述幅值图标准化处理为噪声SD图，根据所述噪声SD图的线性拟 合，获得标准化图Ic，通过所述标准化图Ic求解得到权重矩阵W ;通过对所述相位图进行解 卷绕，获得标准场图，去掉所述标准场图中背景磁场影响获得局部场图；通过将所述局部场 图与所述权重矩阵W带入正则化约束法中，获得大脑组织的磁敏感度矩阵；根据所述磁敏 感度矩阵，获得静脉氧饱和值与氧代谢参数。
[0007] 在上述磁共振大脑血氧水平测量方法中，所述通过所述标准化图Ic求解得到权 重矩阵W包含：通过所述标准场图Ic与Mask矩阵的乘积获得权重矩阵W。
[0008] 在上述磁共振大脑血氧水平测量方法中，所述去掉所述标准场图中背景磁场影响 获得局部场图包含：对所述标准场图采用低通滤波的方法或者是偶极子投影法去除掉背景 磁场的影响获得最终的局部场图。
[0009] 在上述磁共振大脑血氧水平测量方法中，还包含：对所述相位图进行解卷绕，获得 大脑组织在磁场中的相位改变值；将大脑组织在磁场中的相位改变值带入下列公式中，获 得所述标准场图；
[0010]
【权利要求】
1. 一种磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述测量方法包含： 获得大脑组织的幅值图和相位图； 将所述幅值图标准化处理为噪声SD图，根据所述噪声SD图的线性拟合，获得标准化图 Ic，通过所述标准化图Ic求解得到权重矩阵W ; 通过对所述相位图进行解卷绕，获得标准场图，去掉所述标准场图中背景磁场影响获 得局部场图； 通过将所述局部场图与所述权重矩阵W带入正则化约束法中，获得大脑组织的磁敏感 度矩阵； 根据所述磁敏感度矩阵，获得静脉氧饱和值与氧代谢参数。
2. 根据权利要求1所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述通过所述 标准化图Ic求解得到权重矩阵W包含：通过所述标准场图Ic与Mask矩阵的乘积获得权重 矩阵W。
3. 根据权利要求1所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述去掉所述 标准场图中背景磁场影响获得局部场图包含：对所述标准场图采用低通滤波的方法或者是 偶极子投影法去除掉背景磁场的影响获得最终的局部场图。
4. 根据权利要求2所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述通过对所 述相位图进行解卷绕，获得标准场图包含： 对所述相位图进行解卷绕，获得大脑组织在磁场中的相位改变值； 将大脑组织在磁场中的相位改变值带入下列公式中，获得所述标准场图；
上式中，Btl为主磁场；Y为旋磁比；Ap为大脑组织在磁场中的相位改变值；TE是回波 时间；S为标准场图。
5. 根据权利要求4所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述去掉所述 标准场图中背景磁场影响获得局部场图包含：通过下列公式，去掉所述标准场图中背景磁 场影响获得局部场图；
上式中，a是一个正则化参数，W为权重矩阵，M为Mask矩阵，D为数字矩阵，F为单位 矩阵；X为磁敏感度矩阵，S为标准场图Icwy为去掉背景磁场影响的局部场图。
6. 根据权利要求1所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述通过将所 述局部场图与所述权重矩阵W带入正则化约束法中，获得大脑组织的磁敏感度矩阵包含： 将所述局部场图与所述权重矩阵W带入下列公式中，获得大脑组织的磁敏感度矩阵； (1CHWhWC+2a2Mh +XGhM hTaMG)% ^2CHWhS,C=F'DF, 上式中，W为权重矩阵；M为Mask矩阵；G是一个一阶梯度算子；》为去掉背景磁场影响 的局部场图；D为数字矩阵；a，A是一个正则化参数；F为单位矩阵；X为磁敏感度矩阵。
7. 根据权利要求6所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述根据所述 磁敏感度矩阵，获得静脉氧饱和值包含： 将所述磁敏感度矩阵带入下列公式中，获得静脉氧饱和值； X =Ax0* Hct?(I-Yv)； 上式中：Hct为分数比容，值为0. 4;AX ^是每单元的血细胞比容中所有的去氧血和含 氧血的磁敏感度变化，值为〇.18ppm/per unit Hct; X为磁敏感度矩阵；Yv为静脉氧饱和 值。
8. 根据权利要求7所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述根据所述 磁敏感度矩阵，获得氧代谢参数包含： 所述氧代谢参数中包含氧摄取分数和氧代谢率，其中所述氧摄取分数和所述氧代谢率 由以下公式获得： OEF = 1-Yv，CMRO2= CBF ? OEF ? Ca ; 上式中：0EF为氧摄取分数；Yv为静脉氧饱和值；CBF为脑血流；Ca为常值，Ca = 833. 7umol 02/100ml血。
9.根据权利要求1所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，所述获得大脑 组织的幅值图和相位图包含：通过流速补偿的多回波GRE序列获得大脑组织的幅值图和相 位图。
10. 根据权利要求9所述的磁共振大脑血氧水平测量方法，其特征在于，在所述通过流 速补偿的多回波GRE序列获得大脑的幅值结构图和相位图中还进行并行采集处理。
【文档编号】A61B5/145GK104490393SQ201410787820
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】史彩云, 张丽娟, 谢国喜, 张晓咏, 刘新 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院